一種移動式無接觸不間斷供電裝置的製作方法

2023-05-18 15:52:41

專利名稱：一種移動式無接觸不間斷供電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化輸送領域中的電力供應裝置，特別涉及一種用於輸送設備 的無接觸不間斷供電方法及裝置。
背景技術：
自動化輸送領域需要採用無接觸供電。所謂無接觸供電，是指輸電線路和負載方在沒有電氣連接和物理接觸，甚至兩者 之間還有相對運動時，實現電能傳輸。無接觸供電系統的理論依據是電磁感應原理。新型 無接觸供電系統利用電磁感應耦合技術與現代電力電子技術相結合，在電源和用電設備之 間不需要機械接觸來進行電能傳輸。無接觸供電與傳統方式相比有以下優點①供電系統 和負載之間無任何接觸，無摩擦，易維護；②不受負載運動速度的限制；③無噪聲汙染；④ 能在各種惡劣的條件下工作(如水下、冰雪天氣和地下等)；⑤可採用高頻，使體積減小。圖1是既有的一種無接觸供電方式，其供電線路中的初級繞組(電纜或供電軌)11 放置在地面上，沿線路布置，為防止初級繞組自重引起的下垂，需每隔一定距離設置一個初 級繞組固定支架12來支撐。次級20放置在行動裝置如車上，隨車運行。次級20由鐵心和 繞組等構成。初級繞組11無接觸地穿過次級鐵心22，使初級10與次級20形成電磁感應耦 合結構。通過電磁感應，次級繞組中將會產生感生電動勢，從而將初級電能無接觸地傳輸給 次級繞組，然後再通過次級變換電路，獲得不同電壓和頻率的電能，以滿足車上電機和其它 用電設備的需要。由於存在初級繞組固定支架12，為使次級20能夠無障礙地運行，必須將次級鐵心 22設計成非閉合結構，導致次級鐵心22磁路斷開，磁路中包含了一個大氣隙。眾所周知，鐵 磁材料的導磁率是氣隙導磁率的幾千倍，換句話說氣隙導磁率遠低於鐵磁材料，要產生同 樣的磁場，為克服氣隙磁阻所需的初級勵磁電流將會大大增加，初級電能供應也需相應增 大，從而使電能耦合轉換效率減小。該大氣隙的存在，還會使磁路漏磁場增大，並造成高頻 電磁輻射，很容易使系統的電磁兼容性能不合格，需要將次級放置在特殊的位置或採用磁 屏蔽，增加了系統設計難度。既有的這種移動式無接觸供電裝置的初、次級電磁感應示意圖如圖6所示，當初 級繞組11中通有交流電流i時，在此電流激勵下，次級鐵心22中產生交變磁通，這個交變 磁通同時交鏈初級繞組11與次級繞組21，根據電磁感應定律，次級繞組21中發生電磁感 應，產生感生電動勢e，實現了能量傳遞。再通過次級變換電路，獲得不同電壓和頻率的電 能，為運動設備提供電能。圖6表明，由於次級鐵心22為非閉合結構，磁路中包含了一個大氣隙，氣隙磁阻遠 大於鐵心磁阻，次級鐵心22中的磁通密度B很小，而且開口處漏磁場很大。這樣不但使能 量傳遞效率很低，漏磁場產生的電磁洩漏也使系統電磁兼容性能很差。由上可知，非閉合次級鐵心22是造成無接觸供電系統性能差的關鍵因素。綜上所述，非閉合式次級鐵心中磁路氣隙的存在不但增加了初級電能輸入，使初、次級耦合效率降低，也存在電磁兼容性問題。

發明內容
為解決背景技術中所述的帶有初級繞組固定支架的移動式無接觸供電系統中，非 閉合次級鐵心磁路存在大氣隙所導致的初級電能增加、初級和次級耦合效率降低及電磁兼 容性能不達標等問題，本發明提出了一種移動式無接觸不間斷供電裝置，為輸送設備無接 觸供電提供一種節能、高效、可靠運行的解決方案。本發明所採用的技術方案如下本發明所提出的用於輸送設備的移動式無接觸不間斷供電裝置由初級及次級構 成，初級和次級之間無物理接觸及電氣連接。本發明的特徵在於無接觸供電的初級由初級繞組、初級繞組固定支架等構成。次 級由次級鐵心、繞組、電磁鐵吸合裝置等構成。初級固定在地面上，沿線路鋪設，次級放置在 運動設備如車上，隨之運行。初級繞組無接觸地穿過次級繞組及次級鐵心，使初、次級形成電磁耦合結構。初級 繞組中通有交流電流，在此電流激勵下，次級繞組中發生電磁感應，產生感生電動勢，再通 過次級變換電路，獲得不同電壓和頻率的電能，為運動設備提供電能。本發明所述的初級繞組為電纜或供電軌，沿線路鋪設，並間隔一定距離安裝有初 級繞組固定支架，以減少初級繞組的下垂量。本發明的所述的次級鐵心為非閉合結構。本發明所述的次級非閉合結構鐵心中內置一個電磁鐵吸合裝置，由第一動鐵心、 第二動鐵心、分間線圈、彈簧、鐵軛等部分組成。第一動鐵心、第二動鐵心、分間線圈及彈簧 都設置在鐵軛內部，第一動鐵心與第二動鐵心相對放置，兩組分間線圈分別環繞在第一動 鐵心和第二動鐵心上，兩個彈簧一端固定在鐵軛上，另一端分別固定在第一、第二動鐵心 上。電磁鐵吸合裝置的第一動鐵心與第二動鐵心通常為閉合狀態，與非閉合形狀的次級鐵 心一起構成閉合鐵心結構。本發明所述的非閉合結構次級鐵心、電磁鐵吸合裝置的第一動鐵心、第二動鐵心 及鐵軛，都由導磁材料構成，如矽鋼片、純鐵或其它導磁材料，或幾種導磁材料組合構成。本發明還設置有兩個位置傳感器接近位置傳感器和離開位置傳感器。接近位置 傳感器由接近信號發生器和接近信號接收器構成；離開位置傳感器由離開信號發生器和離 開信號接收器構成。接近信號發生器和離開信號發生器安裝在所述的初級繞組固定支架的 兩端；接近信號接收器和離開信號接收器安裝在次級的兩端。接近位置傳感器用於感知次級是否接近初級固定支架；離開位置傳感器用於感知 次級是否離開初級固定支架。當接近位置傳感器感知到次級運行至接近初級繞組固定支架時，接近信號發生器 將會發射合閘信號，位於次級的接近信號接收器接到合閘信號後，給分閘線圈通電，以產生 電磁力，使電磁鐵的第一、第二動鐵心分離，以使次級無障礙地通過初級繞組固定支架。當 離開位置傳感器感知到次級已離開初級繞組固定支架時，離開信號發生器發射分閘信號， 離開信號接收器接收到分閘信號後，給分閘線圈斷電，在彈簧彈力作用下，第一動鐵心與第 二動鐵心閉合，再次構成閉合鐵心結構。電磁鐵吸合裝置由車載電池組或車上電源供電。
本發明的特徵還在於次級多於1個，次級之間的間距按以下原則設定當一個次 級通過初級支架時，其它次級中至少有一個不通過初級支架，其動鐵心為閉合狀態。本發明具有如下優點所述系統的非接觸供電基本結構及方式保持不變，仍然採 用初級沿線鋪設並帶有固定支架、次級放置在車上的結構，系統設計改變不大；次級鐵心 仍然為非閉合結構，使其可以無障礙地通過初級支架，但在次級非閉合鐵心中附設了一個 電磁鐵吸合裝置，其第一、第二動鐵心由鐵磁材料構成，與次級非閉合鐵心組合構成了閉合 鐵心結構，使原來的非閉合鐵心磁路得以閉合，所需勵磁電流就與閉合型鐵心磁路相同，遠 低於帶大氣隙的非閉合鐵心，所需輸入的初級電流會相應減小，從而降低了能耗，實現了節 能。次級鐵心閉合帶來的另一個優點是減小了次級漏磁場，提高了初、次級耦合效率。次 級漏磁場減小，也消除了由此產生的電磁洩漏，解決了電磁兼容性問題。初級繞組固定支 架及次級兩端均安裝有感知次級接近或離開的位置傳感裝置，給次級開關發出合閘或分閘 信號，使次級運行至初級支架時才使電磁鐵第一、第二動鐵心分離，通過初級繞組固定支架 後，立即使第一、第二動鐵心閉合，如此，次級鐵心大部分運行時間都處於閉合狀態，將鐵心 開斷造成的影響降到了最小。電磁鐵吸合裝置的分閘線圈只有在需要打開第一、第二動鐵 心時才會通電，通電時間短，線圈耗能少，線圈不會發熱。次級個數及間距經過合理設計，當 一個次級通過初級繞組固定支架時，其它次級不會通過所述的初級繞組固定支架，從而保 證了系統具有較高的總耦合效率。


圖1既有的一種移動式無接觸供電系統三維示意圖；圖加本發明無接觸供電裝置的三維示意圖；圖沘為圖加的A向視圖；圖3及圖4是本發明供電裝置的橫截面結構示意圖；圖5為本發明供電裝置的多個次級之間的間距設定原則示意圖；圖6為既有的一種移動式無接觸供電裝置的初、次級電磁感應示意圖；圖7為本發明所述的移動式無接觸不間斷供電裝置的初、次級電磁感應示意圖；圖8為本發明所述的電磁鐵吸合裝置中的分閘線圈原理電路示意圖。圖中10初級、20次級、11初級繞組、12初級繞組固定支架、131接近信號發生器、132離 開信號發生器、21次級繞組、22非閉合式次級鐵心、200電磁鐵吸合裝置、23電磁鐵鐵軛、24 彈簧、25分閘線圈、沈第一動鐵心、27第二動鐵心、281接近信號接收器、282離開信號接收
ο
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。本發明為一種移動式無接觸供電裝置，由初級10、次級20構成。初級10固定在地 面上，沿線路鋪設；次級20放置在運動設備如車上，隨之運行。初級10由初級繞組11、初級繞組固定支架12等構成。次級20由非閉合式的次級鐵心22、次級繞組21、電磁鐵吸合裝置200等構成。
初級繞組固定支架12支撐著初級繞組11，以減少其自重引起的下垂。初級繞組 11無接觸地穿過次級繞組21及非閉合式次級鐵心22，使初、次級形成電磁耦合結構。為了解決非閉合式的次級鐵心22造成無接觸供電系統性能差的問題，本發明在 次級鐵心22中設置了 一套電磁鐵吸合裝置200，電磁鐵吸合裝置200位於次級鐵心22的兩 個極板上，如圖2a、b及圖3所示。電磁鐵吸合裝置200由第一動鐵心沈、第二動鐵心27、 分閘線圈25、彈簧24、電磁鐵鐵軛23等組成。第一動鐵心沈、第二動鐵心27、分閘線圈25 及彈簧M都設置在電磁鐵的鐵軛23內部，第一動鐵心沈與第二動鐵心27相對放置，兩組 分閘線圈25分別環繞在第一動鐵心沈和第二動鐵心27上，兩個彈簧M的一端固定在鐵 軛23上，兩個彈簧M的另一端分別固定在第一動鐵心沈和第二動鐵心27上。如圖3及圖7所示，若次級不需通過初級繞組固定支架12時，電磁鐵200的第一 動鐵心沈、第二動鐵心27處於閉合狀態，這樣就與次級鐵心22 —起構成了閉合次級鐵心， 磁通在非閉合次級鐵心22及第一動鐵心沈、第二動鐵心27中流通。由於磁路中無氣隙，次 級鐵心22中的磁通密度將大大提高，在次級繞組21中產生的感應電勢也相應增加，能量傳 遞效率大大提高，並相應極大地消除了鐵心開口處的洩漏電磁場。若次級需要通過初級繞組固定支架12時，電磁鐵200的第一動鐵心沈、第二動鐵 心27將分離，使次級20無障礙地通過初級繞組固定支架12。為了使整個無接觸供電系統的能量傳遞效率達到最大，本發明採用兩個位置傳感 器來控制動鐵心沈與27的閉合與分離。每個位置傳感器都含有信號發生器與信號接收器 兩部分。信號發生器用於發射信號，信號接收器接收信號發生器發射的信號，並轉換成電信 號，即合閘或分閘指令，以控制分閘線圈的開關的閉合與斷開，使分閘線圈通電或斷電，分 閘線圈的原理電路如圖8所示。本發明設置的兩個位置傳感器，其中一個用於感知次級是否接近初級固定支架， 稱為接近位置傳感器；另一個用於感知次級是否離開初級固定支架，稱為離開位置傳感器。 需要說明的是，這裡所謂的接近和離開與次級運動方向有關。如圖加所示，當次級向左運 行時，接近位置傳感器由接近信號發生器131和接近信號接收器組成；而離開信號發生 器132和離開信號接收器282組成了離開位置傳感器。如果次級運行方向與上述相反，則 上述的接近位置傳感器和離開位置傳感器也相應互換。位置傳感器有多種成熟產品可供選用，如可選擇光電式、電磁式、磁敏式或其它形 式。以選擇光電式位置傳感器為例，當次級20向左運行至接近初級繞組固定支架12 時，其接近信號發生器131將會發射光信號，次級20上的接近信號接收器281接收此光信 號，並轉換成電信號使分閘線圈的開關閉合，給分閘線圈25通電，動鐵心沈與27受到電磁 力作用，將會分離，如圖4所示，使次級20可以無障礙地通過初級繞組固定支架12。當離開位置傳感器感知到次級20已離開初級繞組固定支架12時，其離開信號發 生器132發射光信號，次級20上的離開信號接收器282接到光信號並轉換成電信號後，使 閉合的開關打開，給分閘線圈25斷電，在彈簧M的彈力作用下，第一動鐵心沈與第二動鐵 心27再次閉合，重新構成閉合鐵心結構。本發明設置的次級多於1個，並且次級之間的間距按以下原則設定當其中的一 個次級通過初級支架時，其它次級中至少有一個不應通過初級支架，其動鐵心為閉合狀態。如圖5所示，當2#次級通過初級固定支架時，1#次級處於兩個初級固定支架之間。這樣當 2#次級電磁鐵吸合裝置中的上、下動鐵心分離時，1#次級電磁鐵吸合裝置中的上、下動鐵 心一定為閉合狀態，這樣雖然線路中有些次級(如姊)由於鐵心磁路開斷導致耦合係數很 低，但總會有其它次級(如W鐵心磁路為閉合，處於高耦合係數狀態，使次級鐵心磁路開 斷對供電的影響降到最低，保證了無接觸供電系統不會間斷，使系統電能轉換總效率達到 最尚。
權利要求
1.一種移動式無接觸不間斷供電裝置，其特徵在於所述的供電裝置包括無接觸供電 的初級(10)及次級00)；初級(10)由初級繞組(11)、初級繞組固定支架(1 構成；次級 (20)由次級繞組(21)、次級鐵心(22)、電磁鐵吸合裝置(200)構成；所述的初級繞組(11) 為電纜或供電軌，沿線路鋪設，並間隔一定距離安裝有初級繞組固定支架(12)；所述的次 級鐵心02)為非閉合結構；所述的次級鐵心02)中內置有電磁鐵吸合裝置000)，電磁鐵 吸合裝置(200)位於次級鐵心0 的兩個極板上。初級繞組(11)無接觸地穿過次級繞 組及次級鐵心(22)，形成電磁耦合結構；在初級繞組(11)中通有交流電流；所述的供 電裝置還設置有兩個位置傳感器——接近位置傳感器和離開位置傳感器；接近位置傳感器 由接近信號發生器(131)和接近信號接收器081)構成；離開位置傳感器由離開信號發生 器(132)和離開信號接收器(觀2)構成；所述的接近信號發生器(131)和離開信號發生器 (132)安裝在所述的初級繞組固定支架(12)的兩端；接近信號接收器(觀1)和離開信號接 收器( 安裝在次級OO)的兩端。
2.根據權利要求1所述的移動式無接觸不間斷供電裝置，其特徵在於所述的電磁鐵 吸合裝置(200)由鐵軛(23)、彈簧(24)、分閘線圈(25)、第一動鐵心(26)、第二動鐵心(27) 組成；第一動鐵心( )、第二動鐵心(27)、分閘線圈0 及彈簧04)均設置在鐵軛03) 內部；第一動鐵心06)與第二動鐵心(XT)相對放置，兩組分閘線圈0 分別環繞在第一 動鐵心06)和第二動鐵心(XT)上，兩個彈簧04)的一端固定在鐵軛上，兩個彈簧 (24)的另一端分別固定在第一動鐵心06)和第二動鐵心(XT)上。
3.根據權利要求1或2所述的移動式無接觸不間斷供電裝置，其特徵在於所述的次 級鐵心(22)、第一動鐵心( )、第二動鐵心(XT)及電磁鐵鐵軛均由導磁材料構成。
4.根據權利要求1所述的移動式無接觸不間斷供電裝置，其特徵在於所述的次級 (20)多於1個；次級OO)之間的間距按以下原則設定當一個次級OO)通過初級繞組固 定支架(1 時，其它次級OO)中至少有一個不通過初級支架(20)，第一動鐵心06)及第 二動鐵心07)為閉合狀態。
全文摘要
一種移動式無接觸不間斷供電裝置，其初級繞組(11)沿線路鋪設，並間隔一定距離安裝有初級繞組固定支架(12)。所述的供電裝置還設置了接近位置傳感器和離開位置傳感器，給次級開關發出合閘或分閘信號。接近位置傳感器由接近信號發生器(131)和接近信號接收器(281)構成；離開位置傳感器由離開信號發生器(132)和離開信號接收器(282)構成。接近信號發生器(131)和離開信號發生器(132)安裝在初級繞組固定支架(12)的兩端；接近信號接收器(281)和離開信號接收器(282)設置在次級(20)的兩端。電磁鐵吸合裝置(200)位於次級鐵心(22)的兩個極板上。初級繞組(11)無接觸地穿過次級繞組(21)及鐵心(22)，形成電磁耦合結構；在初級繞組(11)中通有交流電流。
文檔編號H02J17/00GK102075017SQ20111004088
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月18日 優先權日2011年2月18日
發明者劉育紅, 史黎明, 張瑞華, 李耀華, 杜玉梅, 金能強 申請人:中國科學院電工研究所